鹽霧測試能評估涂層材料的腐蝕防護耐久性嗎？
鹽霧測試能評估涂層材料的腐蝕防護耐久性嗎？
中性鹽霧試驗普遍用于測試涂料對金屬（鋼結構）的防腐蝕效果，甚至樹脂、乳液等原材料也采用鹽霧試驗數(shù)據(jù)進行篩選和評估。
研究和應用常常會把中性鹽霧試驗時間的長短當成重要指標來衡量涂層防護的耐久性，常常問到的一個問題是抗鹽霧的時間和防腐蝕年限的對應性，甚至還有把鹽霧指標作為評價防腐蝕性能的唯一關鍵指標。
本文探討鹽霧測試和其他防腐蝕的測試方法，以及與實證防腐蝕效果的對比。
一、什么是（中性）鹽霧測試？
國家標準GB/T 10125-2021，美國材料試驗標準ASTM B117-85標準對鹽霧測試的參數(shù)都做了規(guī)定。
中性鹽霧指的是鹽溶液呈中性，PH值在6.5至7.2之間的鹽霧，測試的樣板連續(xù)暴露于35℃的5%Nacl鹽霧中, Nacl濃度在5%以下時，腐蝕速度隨濃度增加而增加，但濃度大于5%，氧含量趨于飽和，鹽濃度增加氧含量相應下降，腐蝕作用減弱。
具體測試的樣板往往是用特殊刀具劃傷涂層后斜置于鹽霧箱中，經(jīng)一定時間后觀察樣板的起泡、銹蝕和銹蝕蔓延程度。
鹽霧腐蝕過程中是在高濕狀態(tài)下，氯離子穿透涂層達到金屬表面，被吸附在金屬表面，取代保護金屬的氧化層中的氧，使金屬腐蝕。
鹽霧試驗過程中持續(xù)噴霧，不斷沉降在試樣表面上的鹽液膜，使含氧量始終保持在接近飽和狀態(tài)氧能夠引起金屬表面的去極化過程，加速陽極金屬溶解。
腐蝕產(chǎn)物的形成，導致保護層鼓起。涂層起泡，板面發(fā)生銹點說明涂層的抗氯離子滲透性差，涂層的阻隔性能不夠。
而在劃痕處的銹蝕一般是先出現(xiàn)流銹（銹水的污染），然后腐蝕產(chǎn)物形成把劃痕兩邊的涂層頂起，評價標準是把表面涂層剝離，測試銹蝕蔓延的寬度來評價耐鹽霧的小時數(shù)（參考HG/T 3668-2020單邊銹蝕寬度≤2.0mm）。
雖然這個測試方法在國際上廣泛采用，但只能表征該規(guī)定條件下的耐腐蝕行為，沒有涉及測試應用過程中的溫度變化，干濕交替，紫外老化和不同介質(zhì)的腐蝕因素。
事實上大多數(shù)研究和實際應用的數(shù)據(jù)表明：鹽霧試驗與實際應用效果缺少直接的關聯(lián)性，在海洋環(huán)境中的應用結果與耐鹽霧也缺少關聯(lián)性。
因此工業(yè)界和專家在不斷開發(fā)其他的測試方法能把應用的環(huán)境元素綜合起來更接近服役的工況，測試的結果更能接近實際效果。
二、鹽霧結果與現(xiàn)場防腐性能的比較
德國聯(lián)邦水道工程與研究所Matthias J. Schmid選擇了19套環(huán)氧涂層，富鋅環(huán)氧和聚氨酯涂層體系做了實驗室1440小時的鹽霧，同樣的涂層放置在兩處淡水和兩處海水環(huán)境的大氣，浪濺和全浸的現(xiàn)場測試5年的腐蝕相關性研究。
測試結構發(fā)現(xiàn)實驗室與現(xiàn)場測試的結果部分具有對照性，含鋅粉底漆的6套涂層體系的鹽霧測試與現(xiàn)場結果呈正相關性。
但是無鋅底漆的環(huán)氧涂層和聚氨酯涂層對比現(xiàn)場的結果沒有相關性，在鹽霧測試中這些涂層全部通過，除了一個是2.4mm，劃痕銹蝕蔓延寬度在2.0mm以內(nèi)，但是這些涂層體系在現(xiàn)場中測試是失敗的，在波羅的海和北海的大氣區(qū)的銹蝕蔓延寬度最大達到了23.4和13.6mm。
這項研究表明，鹽霧測試與現(xiàn)場防腐蝕性能的相關性只有在某些情況下是成立的，該研究不宜用鹽霧指標來定義通過/失敗的唯一準則，可以作為對涂層質(zhì)量認可的一個參考。
三、綜合腐蝕因素的測試方法
其他測試涂層的防腐蝕性能和耐久性的標準和測試方法通常是把中性鹽霧試驗和其他的環(huán)境應用結合起來，達到更準確評估涂層的防護質(zhì)量，和對優(yōu)劣涂層材料進行篩選。這些被引用和逐漸被廣泛接受的測試方法有：
1）Prohesion循環(huán)鹽霧試驗
Prohesion測試是干濕循環(huán)鹽霧試驗由英國的Harrison和Timmons開發(fā)的方法，結合了干濕循環(huán)和鹽霧的步驟，而且對鹽溶液的組分也進行了改變，更貼近工業(yè)防護涂料的腐蝕環(huán)境。
與連續(xù)中性鹽霧試驗相比，Prohesion測試與戶外大氣腐蝕的相關性更好。具體的試驗條件如下表示：
| 步驟 | 測試條件 | 溫度 | 時間 |
|---|---|---|---|
| 第1步 | 0.05%NaCl+0.35%硫酸銨鹽溶液，噴霧 | 25℃ | 1h |
| 第2步 | 干燥 | 35℃ | 1h |
| 循環(huán) | 重復上述步驟進行循環(huán) |
2）Prohesion循環(huán)鹽霧+QUV老化循環(huán)試驗
在Prohesion腐蝕測試步驟上引入紫外老化循環(huán)的測試方法：200小時Prohesion測試和200小時QUV紫外暴露交替進行，這樣更全面的模擬實際的環(huán)境氣候工況。
| 步驟 | 測試條件 | 溫度 | 時間 |
|---|---|---|---|
| 第1步 | 0.05%NaCl+0.35%硫酸銨鹽溶液，噴霧 | 25℃ | 1h |
| 第2步 | 干燥 | 35℃ | 1h |
| 第3步 | 重復上述第1、2步驟進行100個循環(huán) | 200h | |
| 第4步 | UV紫外光照 | 60℃ | 4h |
| 第5步 | 冷凝 | 50℃ | 4h |
| 第6步 | 重復上述第4、5步驟進行25個循環(huán) | 200h | |
| 循環(huán) | 重復上述步驟進行循環(huán) |
3）Norsok M-501循環(huán)老化測試
離岸的海洋環(huán)境的腐蝕是最嚴苛的腐蝕環(huán)境，挪威海工和石油聯(lián)合會制訂Norsok M-501對涂層防護體系的測試方法是獲得海工業(yè)主認可的涂層質(zhì)量測試最嚴苛的方法，ISO 12944:9-2017全盤引用了該測試方法。
該測試方法結合鹽霧，紫外，溫變，低溫冰凍的應用環(huán)境因素的循環(huán)，包括如下的步驟：
- 72小時的QUV和冷凝，依照標準ISO 16474-3中規(guī)定的方法A循環(huán)：4小時紫外線照射（60±3℃）和4小時冷凝（50±3℃）交替進行。
- 72小時中性鹽霧試驗，依照標準ISO 9227 規(guī)定進行。
- 24小時低溫暴露試驗（-20±2）℃。
7天完成一個循環(huán)，對于要求耐久性能達到設計25年要求的涂層體系，要求能通過4200小時，也就是6個月的循環(huán)測試。
通過該測試劃痕處的腐蝕狀況和筆者團隊置于南海島礁上測試的樣板一年的腐蝕狀況是非常的相似，也佐證為什么該測試方法為海工平臺和海上風電業(yè)主和設計院所青睞和采用來認可離岸的涂層防腐體系。
而中性鹽霧測試劃痕處的銹蝕蔓延少，腐蝕的情況要比M-501測試和現(xiàn)場腐蝕環(huán)境要友好的多，不足以用來評判涂層材料的可靠性和耐久性。
4）鹽霧測試、循環(huán)測試和現(xiàn)場實證結果的比較
國際上的腐蝕防護專家對采用鹽霧，循環(huán)測試與現(xiàn)場應用的結果進行過系統(tǒng)的研究。
美國和英國BP專家與Polylab的常博士在2024年AMPP年會上發(fā)表了研究結果2：把鹽霧，ISO 12944-9（等同于Norsok M-501）循環(huán)老化和AMPP TM21612干濕交替/老化循環(huán)的測試進行了比較，同時在全球三個海域進行實證的測試。
有兩個涂層體系涂覆的樣板分別在印度洋航行的船上（18個月），北海石油平臺上（18個月）和大西洋的Trinadad島（22個月）進行現(xiàn)場的腐蝕測試。經(jīng)過實證測試后這些涂覆的板面腐蝕狀況與實驗室測試的板進行了比較。
AMPP TM21612 是美國防腐蝕協(xié)會建立的實驗室加速腐蝕的方法，采用了M-501的QUV+冷凝的循環(huán)與Prohesion鹽霧以兩周為一個循環(huán)，整個測試周期為12周。
在經(jīng)歷相同的測試時間，傳統(tǒng)的中性鹽霧的腐蝕蔓延的寬度都是低于TM21612的測試，而且經(jīng)過TM21612測試涂層的腐蝕狀況與在印度洋的船上，尤其是Trinidad島上的腐蝕狀況非常相似。
Trinida島在中美洲常年氣溫在20-34°C，腐蝕情況比位于英國北海的氣溫在0-18°C的腐蝕嚴重的多。
可以看到不同海域的腐蝕差別很大，如果單純的用中性鹽霧實驗數(shù)據(jù)不足以評估嚴重和復雜的腐蝕環(huán)境下涂層的防護性能和耐久性。
ISO 12944-9要求通過6個月的測試，而TM21612則縮短到三個月的加速測試，從研究結果來看該方法模擬了應用環(huán)境的多種腐蝕老化因素造成的腐蝕，而且腐蝕后的狀況也非常接近實際的情況。
業(yè)主和涂料制造商在越來越多的使用ISO 12944-9（Norsok M-501）或AMPP TM21612測試標準來篩選用于海洋防腐蝕的涂料和涂層體系。
四、結束語
正如ISO 3768中性鹽霧試驗（NSS）的序言中寫到：“抗鹽霧性能和在其他介質(zhì)中的抗蝕性之間很少有直接關系，因為還有多種因素影響著腐蝕過程，中性鹽霧測試所得結果不能被作為涂層在所有使用它的環(huán)境中抗腐蝕性的直接或者唯一的指導?！?
不同涂層耐鹽霧性能只是一個相對的耐腐蝕性能，并不能直接對應涂層在應用服役中的耐久性。
不同應用環(huán)境的耐腐蝕性能需要綜合環(huán)境因素進行測試，現(xiàn)在的綜合鹽霧與老化和干濕交替循環(huán)測試更貼近實際應用工況來評定涂層防腐蝕可靠性和耐久性。